RELAZIONE CONCLUSIVA SULL ATTIVITÀ DI SVOLTA RELATIVA AL PRO- GETTO DI RICERCA :

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1 RELAZIONE CONCLUSIVA SULL ATTIVITÀ DI SVOLTA RELATIVA AL PRO- GETTO DI RICERCA : Metodologie a basso impatto ambientale per il miglioramento della qualità dei suoli e delle produzioni agricole oggetto della convenzione approvata con D.R.D. n. 103 del 07/05/07 del settore SESIRCA. Prof. Gennaro Piccialli Dipartimento di Chimica delle Sostanze Naturali; Università Federico II di Napoli. 1. Premessa Il progetto ha avuto come obiettivo la sperimentazione e lo sviluppo di saggi agronomici su piante e suoli per l abbattimento del livello di inquinamento da parte sostanze chimiche clorurate. In particolare si è inteso studiare l effetto di degradazione e di rimozione di sostanze inquinanti il suolo da parte di specie vegetali messe a coltura in presenza di formulati di consorzi microbiologici (micorrize). Come sostanze inquinanti sono state prese in esame i policlorobifenili (PCB) e le diossine (PCDD, PCDF), monitorando la loro concentrazione in suolo e pianta prima, durante e alla fine della fase vegetativa. 2. Individuazione del suolo e sua analisi. L attività di ricerca è partita con l individuazione di un terreno ad uso agricolo adatto alla coltivazione di mais e che avesse un livello di inquinamento in PCB e diossine monitorabile. Il Campionamento e l analisi quantitativa dei PCB e diossine presenti del suolo di tre diversi siti ha consentito di individuare una area agricola (chiamata Campo 1) che, pur restando nei limiti consentiti per un suolo agricolo, aveva una concentrazione di octacloro-diossina (octacdd) ad un livello monitorabile ai fini della valutazione dell effetto degradativo In particolare sul Campo 1 sono stati individuato due valori medi per le diossine EptaCDD: 3.3 ng/kg (di terreno) - OctaCDD: 17.1 ng/kg (di terreno) I livelli di DL-PCB (dioxine like PCB) totali sono risultati pari a µg/kg, con un livello di tossicità equivalente (PCBs who-teq < µg/kg ). Le analisi sono state effettuate mediante strumentazione di Gas-massa ad alta risoluzione. Nella Tabella 1 allegata sono riportati in dettaglio i dati significativi dell analisi. 3. Prove di Coltura in Vaso in terreno altamente inquinato Preparazione del terreno e sua caratterizzazione Una quantità pesata (20 Kg) di Terreno proveniente dal Campo 1 è stata addizionata con quantità nota di octacdd (2.0 mg) allo scopo di raggiungere una elevata concentrazione della diossina octaclorurata (Octa-CDD, valore teorico atteso ng/kg) valutabile anche con strumentazione analitica anche non ad altra risoluzione (Gas-massa). Per questa sperimentazione, tra le varie specie di diossina, è stata presa in considerazione la octa-cloro-diossina in ragione della relativamente minore tossicità rispetto alle altre specie variamente clorurate ed in ragione della relativamente maggiore presenza nei terreni dei campi presi in esame. L addizione ed il mescolamento sono stati effettuate sulla intera quantità di terreno, che è stato poi suddiviso in 4 aliquote poste in vasi di metallo ognuno contenente 5 Kg di terreno. L analisi del terreno addizionato artificialmente con octacdd (Terr-add-octacdd) ha confermato l alto livello di Octa-CDD atteso. Valore sperimentale trovato: Octa-CDD ng/kg 1

2 3.2. Coltivazione in vaso e sperimentazione Micorrize/biosurfattante I quattro vasi sono stati seminati con mais (Zea mais) e trattati come di seguito riportato: Vaso 1: semina (crescita mais senza ulteriori trattamenti) Vaso 2 semina + biosurfattante Vaso 3 semina e trattamento con Micorrize (Micosat F) * Vaso 4 semina e trattamento con Micorrize (Micosat F) + biosurfattante. * (Micosat F): consorzi microbici forniti dalla CCS Aosta 3.3. Analisi del terreno a fine del ciclo vegetativo. A fine del ciclo vegetativo, da ogni vaso sono stati prelevati circa 500 g di terreno e sottoposti ad analisi quantitativa per determinare i livelli di Diossine e PCB. Nella Tabella 2 allegata sono riportati in dettaglio i dati significativi dell analisi. Come si può notare, entrambi i valori delle diossine prese in esame, diminuiscono sensibilmente nei Vasi 2-4 rispetto ai valori del Vaso 1 oggetto solo della semina (considerato come valore di partenza a cui fare riferimento). In Particolare si osserva: Vaso 2 semina e trattamento biosurfattante: Octa-CDD diminuita del 54% Vaso 3 semina e trattamento con Micorrize: Octa-CDD diminuita del 54% Vaso 4 semina e trattamento con Micorrize e biosurfattante: Octa-CDD diminuita del 63% Si può quindi osservare che la maggiore diminuzione della Octa-CDD si osserva nel Vaso 4 che ha avuto inoculi di micorrize e aggiunte di biosurfattante. Un andamento analogo nella diminuzione della concentrazione si può osservare anche per quanto riguarda la epta-cdd. Va precisato che la epta-cdd non era stata addizionata al terreno del Campo 1 e che il suo valore nel Terr-add-octacdd (30 ng/kg) è nettamente superiore al terreno naturale del Campo 1. L aumento di questo valore nel Terr-add-octacdd può essere attribuito a parziale mono declorurazione della octa-cdd addizionata al terreno. Questi risultati sicuramente incoraggianti rispetto al possibile effetto di detossificazione del terreno da parte di colture trattate con Micorrize (Micosat F) e biosurfattante, non possono essere che considerati preliminari. Infatti i dati dovranno essere sia confermati statisticamente, con delle ripetizioni degli esperimenti, sia ampliati per quanto concerne l effetto della concentrazione e tipologia del biosurfattante e del numero degli inoculi di Micosat F. 4. Esperimenti di coltura di mais in Campo. Il Campo 1, precedentemente individuato e caratterizzato nel suo profilo medio di inquinamento per PCB e Diossine, è stato parcellizzato in 20 aree ognuna di circa 100 mq ciascuna. Il campo è stato seminato a mais e ogni Tesi sperimentale è stata ripetuta 4 volte secondo lo schema sotto riportato. Tesi 1 (T1): Terreno Nudo (campo non seminato) Tesi 2 (T2): Terreno con semina Tesi 3 (T3): Terreno con semina + Biosurfattante Tesi 4 (T4): Terreno con semina + (Micosat F) Tesi 5 (T5): Terreno con semina + + (Micosat F) + Biosurfattante Suolo senza vegetazione I Blocco II Blocco III Blocco IV Blocco T4 T2 T3 T5 T5 T1 T4 T2 T2 T4 T1 T3 T1 T3 T5 T4 T3 T5 T2 T1 Suolo senza vegetazione 2

3 Il Prospetto in dettaglio è riportato in Allegato. Le Tesi T2, T3, T4 e T5 sono state seminate con mais (Zea mais) e trattati come sopra riportato: Il campo ed il ciclo vegetativo è stato curato secondo le norme di una buona pratica agricola. A fine ciclo vegetativo sono state fatte alcune comparazioni sulle dimensioni delle piante nelle varie parcelle e sulla tipologie ed estensione dell apparato radicale. Come già riscontrato in altre c in altre sperimentazioni di colture in presenza di consorzi microbici della rizosfera, l apparato radicale risulta più esteso (10-15 % valore medio). L altezza del vegetale (trattato con micorrize, risulta più elevato per un valore medio del 5-7 %). Il Terreno, a fine ciclo vegetativo,) è stato analizzato ed i risultati sono riportati in Tabella 3 (campione medio per tipologia di Tesi). Analogamente, il vegetale (fusto, foglie e granella, campione medio per ogni tipologia di Tesi) è stato analizzato ed i risultati sono riportati in Tabella 4 Analisi del terreno Per quanto concerne le concentrazioni dei DL-PCB Totali non si riscontrano significative variazioni dei valori nelle varie Tesi in cui è stato suddiviso il campo. Va comunque rilevato che tutti i valori a fine coltura sono inferiori (20-30%) se paragonati ai valori delle rispettive tesi prima della coltivazione. Per i valori dei PCB Totali si riscontra per la Tesi 1 (terreno non seminato) un valore sostanzialmente analogo a quello del campo prima della sperimentazione. Si riscontra nelle Tesi 3, 4 e 5 (trattate con biosurfattante e micorrize) una diminuzione dei PCB Totali del 15-20%. La tesi 2 (campo seminato) riscontra un aumento dei PCB Totali del 10%. Va comunque precisato che questi valori sono riferiti a campioni medi delle Tesi e che una più accurata e precisa valutazione potrà essere ottenuta analizzando in dettaglio le singole tesi ognuna ripetuta quattro volte nello schema di coltivazione del campo. Per quanto concerne le concentrazioni delle Diossine rilevabili nel terreno delle singole Tesi (valore medio, Tabella 3) si riscontra un dato di non immediatamente razionalizzabile. Se nelle Tesi 1 (terreno nudo) e tesi 2 (terreno con solo semina) si ritrova un valore pressoché identico (37 e 36 ng/kg rispettivamente), nelle rimanenti Tesi si ritrovano valori significativamente più alti : Tesi 3 (semina + bisurfattante): 80,0 ng/ Kg Tesi 4 (semina +Micosat): 67,0 ng/kg Tesi 5 (semina + Micosat +biosurf.) 49,0 ng/kg Va comunque rilevato che i valori delle diossine prese in esame (in tutte le tipologie di Tesi) sono circa il doppio rispetto agli analoghi valori medi del campo prima della coltivazione (Tabella 1). Dalla Tesi 3 si riscontra che la presenza del Biosurfattante fa aumentare notevolmente la concentrazione delle diossine nel terreno. La presenza dei soli consorzi micorrizici (Tesi 4) sembra portare allo stesso fenomeno anche se in proporzione minore rispetto alla Tesi 3. Nella Tesi 5 si riscontra un valore delle diossine markers più elevato rispetto al terreno nudo, ma comunque in diminuzione rispetto ai valori delle Tesi 3 e 4. Se escludiamo che il biosurfattante ed il Micosat possano essere contaminati da varie specie di diossine resta la ragionevole ipotesi che la loro presenza nel terreno possa rendere più visibile alla analisi le specie di diossine presenti. Va precisato con decisione che una ipotesi del genere deve essere accuratamente vagliata e confermata con un numero elevato di analisi e sperimentazioni prima di poter essere riportata all attenzione della comunità scientifica. Sono attualmente in corso una serie di esperimenti per spiegare univocamente questi dati. 3

4 Analisi del Vegetale Per quanto concerne le concentrazioni dei DL-PCB Totali (in ng/kg di vegetale) non si riscontrano valori fuori della norma (Scala I-TEQ) nelle varie Tesi in cui è stato suddiviso il campo (Tabella 4). Per quanto concerne le diossine markers prese in esame da questo sperimentazione va riscontrato chele loro concentrazioni portano a valori di tossicità comunque al di sotto Limite imposto dalla normativa vigente per la commercializzazione di frutta e verdura (0.40 di prodotto). E necessaria una analisi dettagliata del materiale vegetale nelle sue varie parti (radici, fusto, foglie e granella) e per le ripetizioni di Tesi messe a coltura per individuare eventuali zone di accumulo nel vegetale delle diossine analizzate. 5. Considerazioni conclusive sulla ricerca effettuata I preliminari risultati ottenuti dagli esperimenti in Vaso e in Campo sono da considerarsi sicuramente incoraggianti. Infatti ci sono buone indicazioni su un possibile effetto di detossificazione del suolo da parte di consorzi microbiologici (micorrize) associati a biosurfatttanti. Inoltre i dati in campo confermano in maniera certa che il trattamento con micorrize e/o micorrize + biosurfattante induce una migliore crescita della pianta e del suo apparato radicale. Ai fini di una completa analisi di questo sistema suolo/vegetale sarebbe opportuno analizzare la specie vegetale in tutte le sue parti: radici, fusto/foglie, granella e per tutte le ripetizioni messe a coltura, compreso i vasi a coltura in serra. Questi dati, validati statisticamente, darebbero informazioni certe sulla quantità di composti aromatici clorurati degradati e/o assorbiti dalla pianta e sulle parti della piante che vedono un loro eventuale accumulo. I dati provenienti dalle colture in serra oltre a validare i dati in campo (stesso terreno di coltura) consentirebbero di valutare l apporto di inquinanti provenienti da ricadute atmosferiche (assenti in serra). Tutti i campioni di radici radici, fusto/foglie e granella (in campo e serra) sono stati, prelevati e conservati in maniera opportuna in attesa di una analisi completa. Si precisa che per poter completare il lavoro di analisi in maniera esaustiva, come su esplicitato, si necessita di un ulteriore finanziamento alla ricerca per una cifra di Euro (più oneri di legge per le strutture universitarie). Questo ulteriore finanziamento consentirebbe di completare e validare la ricerca in oggetto, i cui primi risultati la indicano sicuramente promettente sia per quanto riguarda la possibilità di detossificare terreni inquinati sia per chiarire i meccanismi di veicolazione, assorbimento, accumulo e degradazione di composti policiclici aromatici in campi destinati all agricoltura e in specie vegetali. Prof. Gennaro Piccialli 4

5 TABELLA 1 DATI INQUINAMENTO TERRENO del Campo 1 (I dati sono riferiti al terreno prima della messa a coltura del Mais) DL-PCB (DIOXINE LIKE PCB) Campione 1 () Campione 2 () DL-PCB (Tot) 0,137 0,118 I-TEQ < < PCB (Tot). 1,45 1,56 DL-PCB : Dioxine like Poli-Cloro-Bifenili DECA-CB: Deca-Cloro-Bifenili DIOSSINE Campione 1 Campione 2 EPTA-CDD 3,4 3,2 OCTA-CDD 15,5 18,7 EPTA-CDF 1,4 2,2 OCTA-CDF 3,0 2,7 I-TEQ < 0,1 0,225 I Valori delle altre tipologie di Diossine (non riportate nell elenco) sono minori di 0.1 di terreno secco EPTA-CDD: Epta-Cloro-Dibenzodiossina OCTA-CDD: Octa-Cloro-Dibenzodiossina EPTA-CDF: Epta-Cloro-Dibenzodiossina-Furano OCTA-CDF: Octa-Cloro-Dibenzodiossina-Furano I-TEQ: Tossicità Totate del terreno (Espressa in Tossicità equivalenti, scala Internazionale). 5

6 TABELLA 2 DATI terreno (dal Campo 1) ed addizionato artificialmente con octacdd ed usato per coltura in vasi con Mais DL-PCB (DIOXINE LIKE PCB) SENZA SEMINA (TERRENO NUDO) VASO 1 VASO 2 VASO 3 VASO 4 SEMINA MICOSAT. + MICOSAT DL-PCB (Tot) 1,02 0,299 0,479 0,366 0,275 DECA-CB ,186 0,155 0,21 I-TEQ 0,00055 < ,00017 < < PCB TOT. 17,0 3,80 5,30 3,93 5,00 (I dati sono riferiti all analisi del terreno a fine coltura del Mais in vaso) DIOSSINE SENZA SEMINA (TERRENO NUDO) VASO 1 VASO 2 VASO3 VASO 4 SEMINA MICOSAT. EPTA- CDD 30,0 31,0 14,2 19,9 15,0 OCTA- CDD EPTA- CDF 2,8 6,1 < 01 3,0 13,4 OCTA- CDF 35,0 35,0 17 9,4 104,0 I-TEQ 90,70 80,35 36,34 36,38 29,53 BIOSURFAT. + MICOSAT 6

7 TABELLA 3 DATI INQUINAMENTO TERRENO - Campo 1 Coltivato a MAIS - (I dati sono riferiti all analisi del terreno a fine coltura del Mais in vaso) DL-PCB (DIOXINE LIKE PCB) 1 SENZA SEMINA (TERRENO NUDO) 2 SEMINA 3 4 MICOSAT. 5 + MICOSAT DL- PCB (Tot) 0,075 0,091 0,086 0,081 0,069 DECA- CB 0,375 0,36 0,11 0,18 0,27 I-TEQ < < < ,00021 < PCB TOT. 1,66 1,84 1,39 1,34 1,38 DL-PCB : Dioxine like Poli-Cloro-Bifenili DECA-CB: deca-cloro-bifenili DIOSSINE 1 SENZA SEMINA (TERRENO NUDO) 2 SEMINA 3 4 MICOSAT. 5 SEMINA + BIOSURF AT. + MICOSA T EPTA- CDD < 0,1 4,5 15,8 7,2 2,4 OCTA- CDD 37,0 36,0 80,0 67,0 49,0 EPTA- CDF 2,8 2,7 15,4 6,1 3,4 OCTA- CDF 7,0 4,8 60,0 29,2 28,2 I-TEQ < 0,1 0,193 7,97 0,658 0,175 I Valori delle altre tipologie di Diossine (non riportate nell elenco) sono minori di 0.1 di terreno secco EPTA-CDD: Epta-Cloro-Dibenzodiossina OCTA-CDD: Octa-Cloro-Dibenzodiossina EPTA-CDF: Epta-Cloro-Dibenzodiossina-Furano OCTA-CDF: Octa-Cloro-Dibenzodiossina-Furano I-TEQ: Tossicità Totate del terreno (Espressa in Tossicità equivalenti). 7

8 TABELLA 4 DATI Inquinamento del Vegetale (Mais) messo a coltura nel campo 1 I dati sono riferiti a campione medio di vegetale (fusto foglie e granella), DL-PCB (DIOXINE LIKE PCB) 2 SEMINA 3 4 MICOSAT. DL-PCB (Tot) 21,1 26,3 18,8 19,1 I-TEQ 0,014 0,024 0,013 0, MICOSAT DIOSSINE 2 SEMINA 3 4 MICOSAT. 5 BIOSURFAT. + MICOSAT EPTA-CDD < 0,05 < 0,05 0,16 < 0.05 OCTA-CDD 0,38 0,47 0, EPTA-CDF < 0,05 0,12 0,15 0,18 OCTA-CDF < 0,05 0,31 0, I-TEQ 0,169 0,17 0,255 0,175 8

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